三軸試驗報告 課

　程

　 高等土力學(xué)

　授課老師

　冷伍明等

　 指導(dǎo)老師

　彭老師

　學(xué)生姓名

　 劉

　瑋

　學(xué)

　號

　114811134

　專

　業(yè)

　隧道工程

　目

　錄 1 、 試驗?zāi)康?................................................................ 1

　2 、 儀器設(shè)備 ................................................................ 1

　3 、 試樣制備步驟 ........................................................ 1

　4 、 試樣得安裝與固結(jié) ................................................ 2

　5 、 數(shù)據(jù)處理( 鄧肯 — 張模型 8 大參數(shù)得確定) .......... 2

　6 、 注意事項 ................................................................ 9

　7 、 總結(jié) ........................................................................ 9

　1 、 試驗 目得 (1）、三軸壓縮試驗室測定圖得抗剪強度得一種方法,它通過用 3～4 個圓柱形試樣，分別在不同得恒定周圍壓力下，施加軸向壓力,進(jìn)行剪切直至破壞;然后根據(jù)摩爾-強度理論，求得土得抗剪強度參數(shù);同時還可求出鄧肯-張模型得其它 6 個參數(shù)。

　(2）、本試驗分為不固結(jié)不排水剪();固結(jié)不排水剪(或）與固結(jié)排水剪()等 3種試驗類型。本次試驗采用得就是固結(jié)排水剪（）。

　2 、儀器設(shè)備 本次實驗采用全自動應(yīng)變控制式三軸儀:有反壓力控制系統(tǒng),周圍壓力控制系統(tǒng)，壓力室,孔隙壓力測量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),試驗機等。

　3 、 試樣制備 步驟 （1）、本次試驗所用土屬于粉粘土，采用擊實法對擾動土進(jìn)行試樣制備,試樣直徑 39.1mm，試樣高度 80mm.選取一定數(shù)量得代表性土樣，經(jīng)碾碎、過篩，測定風(fēng)干含水率，按要求得含水率算出所需加水量。

?。?）、將需加得水量噴灑到土料上拌勻，稍靜置后裝入塑料袋，然后置于密閉容器內(nèi) 24 小時,使含水率均勻。取出土料復(fù)測其含水率。

?。?）、擊樣筒得內(nèi)徑應(yīng)與試樣直徑相同。擊錘得直徑宜小雨試樣直徑,也允許采用與試樣直徑相同得擊錘。擊樣筒在使用前應(yīng)洗擦干凈。

　(4)、根據(jù)要求得干密度，稱取所需土質(zhì)量。按試樣高度分層擊實,本次試驗為粉粘土，分 5 層擊實.各層土料質(zhì)量相等.每層擊實至要求高度后,將表面刨毛，然后再加第 2 層土料。如此繼續(xù)進(jìn)行,直至擊完最后一層，并將擊樣筒中得試樣取出放入飽與器中。

　表 表 1

　含水率記錄表 盒號 盒重(g）

　盒加濕土重(g）

　盒加干土重（g）

　含水率 含水率均值 6b0084 10、52 23、15 21、45 15、5％ 15、75% 6b0503 10、51 23、74 21、91 16、0％ 試驗要求干密度為 1.7g/cm 3 ，飽與器容積為 96cm 3 ，所以所需濕土質(zhì)量為: (g) 分 5 層擊實,則每層質(zhì)量為 37。76g。

　(5）、試樣飽與:采用抽氣飽與，將裝有試樣得飽與器置于無水得抽氣缸內(nèi),進(jìn)行抽氣,當(dāng)真空度接近當(dāng)?shù)?1 個大氣壓后,應(yīng)繼續(xù)抽氣 1 個小時。抽氣完成后徐徐注入清水，并保持真空度穩(wěn)定。待飽與器完全被水淹沒即停止抽氣,并釋放抽

　氣缸得真空。

　4 、試樣得安裝與固結(jié) (1）、開孔隙壓力閥及量管閥,使壓力室底座充水排氣，并關(guān)閥。將透水板滑入壓力室底座上。然后放上濾紙與試樣，試樣上端亦放一濕濾紙及透水板,并在試樣周圍貼上 6 條浸濕得濾紙條，濾紙條上端與透水石相連接. （2)、將橡皮膜套在承膜筒內(nèi)，兩端翻出筒外，從吸氣孔吸氣，使膜緊貼承膜筒內(nèi)壁，然后套在試樣外,放氣翻起橡皮膜得兩端,取出承膜筒。用橡皮圈將橡皮膜下端扎緊在壓力室底座上。

?。?）、用軟刷子自下向上輕輕按撫試樣，以排除試樣與橡皮膜之間得氣泡?？砷_啟空隙壓力閥及量管閥，使水徐徐流入試樣與橡皮膜之間,以排除夾氣,然后關(guān)閉。

?。?）、開排水管閥,使水從試樣帽徐徐流出以排除管路中得氣泡，并將試樣帽置于試樣頂端。排除頂端氣泡,將橡皮膜扎緊在試樣帽上。

?。?）、裝上壓力室罩，開排氣孔，向壓力水充水,水從排氣孔溢出時,立刻停止注水，并關(guān)閉排氣孔。

?。?)、關(guān)體變管閥及孔隙壓力閥,開周圍壓力閥,施加所需得周圍壓力.周圍壓力大小應(yīng)與工程實際荷載相適應(yīng)，并盡可能使最大周圍壓力與土體得最大實際荷載大致相等。也可按 100、200、300、400kPa 施加。

　（7)、打開主機與電腦，通過主機給調(diào)壓筒與反壓力調(diào)壓筒充水，一般反壓力調(diào)壓筒調(diào)到 30000-40000 便可。圍壓調(diào)壓筒可注水到 60000。

　（8)、在打開土工試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇好試驗參數(shù)，然后點擊開始試驗，試驗則進(jìn)入飽與度判斷狀態(tài),當(dāng)飽與度達(dá) 95%以上時自動進(jìn)入固結(jié)狀態(tài)，當(dāng)試樣固結(jié)度達(dá) 95%時自動再進(jìn)入剪切狀態(tài)。

?。?)、剪切出現(xiàn)峰值后，或達(dá)到相應(yīng)得應(yīng)變,試驗便自動結(jié)束。卸除壓力，在進(jìn)行下一圍壓下得試驗. 5 、數(shù)據(jù)處理（ 鄧肯 — 張 模型 8 大參數(shù)得確定 ）

　(1）、 切線模量得鄧肯－張計算公式:

　 (1) 式中

　-—切線彈性模量，kPa;

　 —-周圍壓力,kPa；

　 -—大氣壓力,kPa;

　 ——破壞比，數(shù)值小于 1;

　 -—土得內(nèi)摩擦角，(°)

　——土得粘聚力，kPa;

　 ——試驗常數(shù)。

　(2）、切線泊松比按下列兩式計算:

　 （2）

　 (3）

　式中

　——試驗常數(shù). 公式(1),（2)，（3)中包含 8 個試驗常數(shù)：、、、、、、、,這就就是鄧肯-張模型得 8大參數(shù)。

　(3）、 求得試驗常數(shù)得得方法。

?、?、值得求得 繪制出不同圍壓下得摩爾應(yīng)力圓,則、值可由圖 1 中得截距與斜率求得。

　圖 圖 1

　固結(jié)排水剪強度包線 由于本次試驗采用得就是全自動得土工試驗數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，已不需人工讀入與處理數(shù)據(jù) ,TgWin 系統(tǒng)自動計算出=18 、7 ，=31 、9 。

?、谇蟮茫?/p>

　鄧肯—張雙曲線模型得本質(zhì)在于假定土得應(yīng)力應(yīng)變之間得關(guān)系具有雙曲線性質(zhì)，見圖 2。

　 圖 圖 2

　雙曲線應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 雙曲線關(guān)系式：

　（4) 變換縱坐標(biāo)關(guān)系式:

　 (5）

　式中

　—-初始切線模量得倒數(shù)；

　 —-主應(yīng)力差漸近值得倒數(shù)。

　變換坐標(biāo)得雙曲線見圖 3。

　圖 圖 3

　變換坐標(biāo)得雙曲線 由與即可求得初始切線模量與主應(yīng)力差得漸近值。

　按下式計算破壞比:

　（6）

　式中

　——主應(yīng)力差得破壞值，kPa;

　 -—主應(yīng)力差得漸近值，kPa。

　由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制得變換坐標(biāo)得雙曲線見圖 4:

　 圖 圖 4

　變換坐標(biāo)得雙曲線 TgWin 系統(tǒng)自動計 算出=0 、755 。

　③、得求得 初始切線模量與固結(jié)壓力有以下關(guān)系：

　 （7) 式中

　——大氣壓力,kPa。

　、由曲線確定（見圖 5)。

　lgEi/Palg

　 /Pan1lgk3 圖 圖 5

　關(guān)系曲線 由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制得關(guān)系曲線如下：

　 圖 圖 6

　關(guān)系曲線 由上圖易知，=202、7,=0、114。

?、艿们蟮?假定軸向應(yīng)變與側(cè)向應(yīng)變成雙曲線關(guān)系（見圖 7)即：

　 （8）

　變換縱坐標(biāo),如圖 8:

　 （9）

　式中

　——初始切線泊松比;

　 —-軸向應(yīng)變漸近值得倒數(shù)。

　圖 圖 7

　雙曲線主應(yīng)變關(guān)系

　 圖 圖 8

　變換縱坐標(biāo)得雙曲線 從上圖中可求得、值。

　由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制得變換縱坐標(biāo)得雙曲線見圖 9:

　圖 圖 9

　變換縱坐標(biāo)得雙曲線 TgWin 系統(tǒng)計算得 D=0、000。

?、荨⒌们蟮?繪制與關(guān)系曲線(見圖 10）：

?。?0）

　式中

　——不同作用下得初始孔隙比； 、由關(guān)系曲線求得。

　 圖 圖 10

　關(guān)系曲線 而由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制得關(guān)系曲線見圖 11:

　圖 圖 11

　關(guān)系曲線 TgWin 系統(tǒng)處理得 G=0、500，F(xiàn)=0、000。通過上面得 5 個步驟就可求得鄧肯—張模型得 8 大參數(shù)。

　(4)本次試驗所求得得 8 大參數(shù)值列表如表 2: 表 表 2

　鄧肯 — 張模型得 8 大參數(shù)

　 18、67kPa 31、95° 0、755 202、7 0、114 0、000 0、500 0、000 6 、注意事項 (1)為了圖樣均勻，方便制樣,配好了含水率得土一定還要再過一次孔徑 2mm得篩,并測含水率;

?。?）制樣時，每層擊實后一定要將表面刨毛,這樣有利于土樣得整體完整，在試驗過程中也可減少出現(xiàn)斷樣得情況; (3）每個土樣制好后一定要脫模，然后裝入另一個飽與器; （4)抽氣飽與時，時間要足夠，且蒸餾水一定要淹沒飽與器,否則可能會出現(xiàn)土樣達(dá)不到飽與度得要求; (5)拆樣時，要注意飽與器得三片鐵片只能上下移動,不能垂直于土樣軸線前后移動； (6）裝樣時,排氣要充分且不能讓土樣斷裂,同時要注意各個閥門得開閉狀態(tài)就是否正確,否則很可能照成孔隙壓力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線不正確. （7）試驗完成后，要注意還原實驗室得清潔衛(wèi)生，以方便后面得同學(xué)進(jìn)行試驗，完成好后期工作,并整理試驗報告. 7 、總結(jié) 在整個實驗過程中,彭老師給予我們細(xì)致而耐心得指導(dǎo)。每一個實驗步驟都詳細(xì)指導(dǎo),親自示范,讓每個學(xué)生都能夠自己動手,非常感謝彭老師！彭老師為人隨與熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心。通過本次試驗，我不但熟悉了三軸試驗得試驗過程，也對鄧肯—模型得 8 大參數(shù)也有了進(jìn)一步得認(rèn)識,相信通過本次試驗，對我們今后得學(xué)習(xí)、工作都會有所幫助。

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